永磁同步高速大功率电机由于省去了传统的齿轮箱等中间增速环节,实现直驱,具有结构紧凑、功率密度高、效率高、尺寸和形式灵活多样等优势,广泛应用于鼓风机、压缩机、膨胀机、燃气余热发电和飞轮储能等领域。由于世界能源的短缺和可持续发展的需求,工业交流电机的高效节能化已成为当今国际研究的焦点。目前,永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化方面的研究尚不充分,亟需深化研究。针对传统等效磁路法将磁场简化为磁路,假设磁路任意截面上的磁通密度处处均匀,难以计及漏磁影响,计算精度受限等的不足,本文采用有限元计算了对永磁同步高速大功率电机特性具有重要影响的电磁参数,包括极弧系数和空载漏磁系数,并结合等效磁路,研究揭示了负载和转速对电机效率、电流、电磁转矩等综合性能的影响规律。研究表明:场路结合法相比于等效磁路法可兼顾计算效率和计算精度。为实现永磁同步高速大功率电机的效率优化设计,采用时步有限元法分析了定子槽口宽度、气隙长度、转子保护套材料与厚度等对永磁同步高速大功率电机电磁损耗和效率的影响规律。以降低损耗、提高效率为优化目标,并兼顾电机起动、调速和负载特性,提出了实现永磁同步高速大功率电机效率优化的具体设计策略。结果表明:优化后的电机效率得到显著提高。为实现永磁同步高速大功率电机的效率优化控制,建立了考虑铁耗的永磁同步高速大功率电机dq坐标系数学模型,提出了基于电压空间矢量脉宽调制的最小损耗控制策略,并在MATLAB/SIMULINK控制模块基础上通过自主编程实现了永磁同步电机起动和调速电磁过渡过程仿真。结果表明:提出方法相比于现有恒磁控制不仅可提高电机运行效率,而且还可有效降低电流和转矩波动。参与搭建了永磁同步电机实验台,实验研究了永磁同步电机铁耗特性。研究表明:实测与理论计算的铁耗曲线两者基本吻合,相对实测值,理论计算值误差不超过20%,从而验证了本文有限元方法的有效性。本文研究工作对永磁同步高速大功率电机电磁分析、效率优化设计与控制等具有重要的参考价值。